DE69419897T2

DE69419897T2 - Low-distortion circuit with switched capacitances

Info

Publication number: DE69419897T2
Application number: DE69419897T
Authority: DE
Inventors: Angelo Nagari; Germano Nicollini
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: EP0678980A1; JPH0846488A; EP0678980B1; DE69419897D1; US6556072B1

Description

Die Erfindung betrifft geschaltete Kapazitätsschaltungen, insbesondere ein geschaltetes Kapazitätsfilter mit verringertem Klirrfaktor.The invention relates to switched capacitance circuits, in particular a switched capacitance filter with reduced distortion factor.

Ein geschalteter Kapazitätskreis, in der Literatur kurz auch als SC-Schaltung oder -Schaltkreis (switched capacitor) bezeichnet, ist eine Schaltung, die abgetastete Analogsignale unter Verwendung von Taktsignalen sowie Schaltvorrichtungen, die von diesen Signalen angesteuert werden, verarbeiten kann.A switched capacitor circuit, also referred to in the literature as an SC circuit or switched capacitor circuit, is a circuit that can process sampled analog signals using clock signals and switching devices that are controlled by these signals.

Ein Beispiel für eine SC-Schaltung ist der in Fig. 1 gezeigte SC-Integrator, der den Grund-Schaltungsblock für ein SC-Filter darstellt.An example of an SC circuit is the SC integrator shown in Fig. 1, which represents the basic circuit block for an SC filter.

In diesem Fall sind die vier Schaltvorrichtungen der Schaltung, bezeichnet mit SW1, SW2, SW3 bzw. SW4 in der Zeichnungsfigur, elektronische Schalter in Form von MOS-Transistoren, die jeweils durch zwei diskrete, einander nicht überlappende Phasentaktsignale angesteuert werden.In this case, the four switching devices of the circuit, designated SW1, SW2, SW3 and SW4 in the drawing, are electronic switches in the form of MOS transistors, each of which is controlled by two discrete, non-overlapping phase clock signals.

Im Prinzip sollte es keine Änderungen in der Ladung geben, die in den Kapazitäten der SC-Schaltkreise gespeichert ist, und dementsprechend sollten die Ladungstransfers exakte Transfers sein.In principle, there should be no changes in the charge stored in the capacitances of the SC circuits and accordingly the charge transfers should be exact transfers.

Aufgrund des Vorhandenseins parasitärer Kapazitäten in Verbindung mit den Kanälen der MOS-Transistoren, die als Schaltvorrichtungen dienen, ist dies aber nicht genau das, was in der Praxis abläuft.However, due to the presence of parasitic capacitances associated with the channels of the MOS transistors that serve as switching devices, this is not exactly what happens in practice.

Tatsächlich speichern die erwähnten parasitären Kapazitäten eine Ladungsmenge, die proportional ist zu dem Signal, welches an den Anschlüssen der jeweiligen Schaltvorrichtung erscheint, und wenn diese Ladungen in die Kapazitäten injiziert werden, erzeugt dieses Ereignis einen Spannungsversatz in dem System, wenn das Signal ein konstantes Signal (Gleichstromsignal) ist, oder es kommt zu einem Fehler in der Verstärkung und des Betrags des Klirrfaktors im Ausgangssignal, wenn das Signal ein sich änderndes Signal ist.In fact, the mentioned parasitic capacitances store an amount of charge proportional to the signal appearing at the terminals of the respective switching device, and when these charges are injected into the capacitances, this event generates a voltage offset in the system if the signal is a constant signal (DC signal), or an error occurs in the gain and the amount of distortion in the output signal when the signal is a changing signal.

In der Literatur sind verschiedene Verfahren zum Reduzieren dieser Ursache für Klirrverzerrung in geschalteten Kapazitätsschaltungen beschrieben, wenngleich von D. G. Haigh und B. Singh in ISCAS 1983 "A switching scheme for switched capacitor filters which reduces the effect of parasitic capacitance associated with switch control terminals" gesagt ist, daß in SC-Schaltungen mit zwei einander nicht überlappenden Phasentaktsignalen der Klirrfaktor niemals unter einen definierten Pegel gebracht werden kann, der sich zu etwa 40-50 dB errechnet.Various methods for reducing this cause of harmonic distortion in switched capacitor circuits are described in the literature, although D. G. Haigh and B. Singh in ISCAS 1983 "A switching scheme for switched capacitor filters which reduces the effect of parasitic capacitance associated with switch control terminals" state that in SC circuits with two non-overlapping phase clock signals the harmonic distortion can never be reduced below a defined level, which is calculated to be about 40-50 dB.

Tatsächlich ist dies auf das Vorhandensein der parasitären Kapazitäten zurückzuführen, die zu dem Kanal der als Schaltvorrichtungen verwendeten MOS-Transistoren gehören.In fact, this is due to the presence of parasitic capacitances belonging to the channel of the MOS transistors used as switching devices.

Die in dem oben angegebenen Bericht vorgeschlagene Lösung zum Reduzieren des Klirrfaktors auf ein Minimum besteht in der Verwendung von vier diskreten Taktsignalen mit einander nicht überlappenden Phasen, also einem Verfahren, was dem Fachmann als "vierphasige Taktung" bekannt ist.The solution proposed in the above report to reduce the distortion factor to a minimum consists in the use of four discrete clock signals with non-overlapping phases, a method known to those skilled in the art as "four-phase clocking".

Die EP-A-0 449 276 offenbart eine geschaltete Kapazitätsschaltung mit einer Einrichtung zum Verringern der signalabhängigen Verzerrung.EP-A-0 449 276 discloses a switched capacitance circuit with a device for reducing signal dependent distortion.

In einer weiteren Schrift ("On switch-induced distortion in switched capacitor circuits", ISCAS 1988) geben D. G. Haigh und J. T. Taylor an, daß in Filtern mit geschalteten Kapazitäten der Klirrfaktor niemals unter Werte im Bereich -68 dB abfällt, nicht einmal dann, wenn von einem System mit vier Taktsignalen Gebrauch gemacht wird.In another paper ("On switch-induced distortion in switched capacitor circuits", ISCAS 1988), D. G. Haigh and J. T. Taylor state that in filters with switched capacitors the distortion factor never falls below values in the range of -68 dB, not even when a system with four clock signals is used.

Um das Problem zu lösen, wird dort vorgeschlagen, die Übergangszeit für die Phasen der Taktsignale beim Übergang von einem Zustand in den anderen zu erweitern.To solve the problem, it is proposed to extend the transition time for the phases of the clock signals when transitioning from one state to another.

Wenn allerdings SC-Filter mit noch geringeren Klirrfaktor-Werten gestaltet werden sollen, so ist das zuletzt erwähnte Verfahren nicht mehr praktikabel, da es eine äußerst lange Übergangszeit beinhalten würde.However, if SC filters with even lower distortion values are to be designed, the last-mentioned method is no longer practical, since it would involve an extremely long transition time.

In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, bei der es sich um einen SC-Integrator konventioneller Bauweise handelt, können die bei SW1, SW2, SW3 und SW4 in der Zeichnungsfigur dargestellten elektronischen Schalter jeweils beispielsweise ein Paar N-Kanal-MOS-Transistoren oder ein Paar P-Kanal-Transistoren oder ein Paar CMOS-Transistoren aufweisen.In the circuit shown in Fig. 1, which is an SC integrator of conventional design, the electronic switches shown at SW1, SW2, SW3 and SW4 in the drawing figure can each comprise, for example, a pair of N-channel MOS transistors or a pair of P-channel transistors or a pair of CMOS transistors.

Die letztere Wahl ist die vernünftigste, obligatorisch ist sie für Werte der Eingangs-/Ausgangssignale, die mit den Werten der Versorgungsspannung vergleichbar sind.The latter choice is the most reasonable, it is mandatory for values of input/output signals comparable to the values of the supply voltage.

Die beiden Transistoren, die gemeinsam einen Schalter bilden, werden von zwei Taktsignalen angesteuert, die sich zeitlich nicht überlappen, so wie es der Fall ist bei den Signalen F1 und F2 und den Signalen F1a und F2a, deren Wellenzüge in Fig. 2 dargestellt sind.The two transistors that together form a switch are controlled by two clock signals that do not overlap in time, as is the case with the signals F1 and F2 and the signals F1a and F2a, the waveforms of which are shown in Fig. 2.

Für eine Analyse der Wirkung der in dem Kanal von den MOS-Transistoren gespeicherten Ladungen sollte man den Eingangskreis des Integrators betrachten, der am besten in Fig. 3 dargestellt ist; er enthält eine Kapazität C3 und zwei Schalter SW3 und SW4.To analyze the effect of the charges stored in the channel of the MOS transistors, one should consider the input circuit of the integrator, which is best shown in Fig. 3; it contains a capacitor C3 and two switches SW3 and SW4.

Ähnliche Betrachtungen gelten auch für die andere geschaltete Kapazität C2, die zusammen mit Schaltern SW1 und SW2 in einem Rückkopplungszweig des in dem Integrator enthaltenen Operationsverstärkers liegt.Similar considerations also apply to the other switched capacitance C2, which together with switches SW1 and SW2 is located in a feedback branch of the operational amplifier contained in the integrator.

Die beiden N-Kanal-MOS-Transistoren M1 und M2, die den Schalter SW3 bilden, werden von den Taktsignalen F1 und F2 angesteuert, während die zwei Transistoren M2 und M4 des Schalters SW4 von den Signalen F1a und F2a angesteuert werden.The two N-channel MOS transistors M1 and M2 that form the switch SW3 are controlled by the clock signals F1 and F2, while the two transistors M2 and M4 of the switch SW4 are controlled by the signals F1a and F2a.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ändert sich das Signal F1a in seinem Pegel vor dem Signal F1, und das Signal F2a ändert seinen Pegel vor dem Signal F2.As shown in Fig. 2, the signal F1a changes in level before the signal F1, and the signal F2a changes in level before the signal F2.

Die in den Kanälen der Transistoren M1 und M2 im leitenden Zustand des Schalters SW3 gespeicherten Ladungen werden deshalb nicht in den Kondensator C3 injiziert, weil beim Sperren aufgrund der Treibersignale F1 und F2 das andere Ende der Kapazität C3 schwimmt, da sich die Signale F1a und F2a bereits auf niedrigem Pegel befinden. Die in den Transistoren M3 und M4 des Schalters S4 gespeicherten Ladungen werden nicht berücksichtigt.The charges stored in the channels of transistors M1 and M2 in the conducting state of switch SW3 are not injected into capacitor C3 because when blocked due to drive signals F1 and F2, the other end of capacitor C3 floats because signals F1a and F2a are already at a low level. The charges stored in transistors M3 and M4 of switch S4 are not taken into account.

Nachdem M3 gesperrt ist, wird die in dessen Kanal gespeicherte Ladung teilweise in den Kondensator C3 injiziert. Allerdings ist die Ladungsmenge zu jeder Zeit konstant, da die Spannung an M3 fixiert ist (virtuelle Masse eines Operationsverstärkers) und das andere Ende der Kapazität C3 über den Transistor M2, der sich noch in leitendem Zustand befindet, mit einer festen Spannung (Masse) verbunden ist.After M3 is turned off, the charge stored in its channel is partially injected into the capacitor C3. However, the amount of charge is constant at all times because the voltage on M3 is fixed (virtual ground of an operational amplifier) and the other end of the capacitor C3 is connected to a fixed voltage (ground) via the transistor M2, which is still in the conducting state.

Diese konstante Ladungsinjektion führt in dem Ausgangssignal zu einem Spannungsversatz, allerdings nicht zu einem Klirrfaktor.This constant charge injection leads to a voltage offset in the output signal, but not to a distortion factor.

Die in dem Transistor M4 gespeicherte Ladung, die beim Übergang aus dem Leitungszustand in den Sperrzustand in den Kondensator C3 injiziert wird, ist eine nicht-konstante Größe, ungeachtet der Tatsache, daß die Spannung an M4 eine fixe Spannung (Masse) ist, da das andere Ende des Kondensators C3, das mit einem Schaltungsknoten B in Fig. 3 verbunden ist, die Eingangsspannung VIN führt.The charge stored in transistor M4, which is injected into capacitor C3 during the transition from the conduction state to the blocking state, is a non-constant quantity, despite the fact that the voltage across M4 is a fixed voltage (ground), since the other end of capacitor C3, which is connected to a circuit node B in Fig. 3, carries the input voltage VIN.

Der Schaltungsknoten B sieht in Richtung Masse eine parasitäre Eigenkapazität Cp, welche ihre Ursache in den Source- und Drain-Diffusionen der zwei Transistoren M1 und M2 und in dem Leitungswiderstand Ron des Transistors M1 hat.The circuit node B sees a parasitic capacitance Cp towards ground, which has its origin in the source and drain diffusions of the two transistors M1 and M2 and in the line resistance Ron of the transistor M1.

Wie der Fachmann leicht sieht, besitzen die Kapazität Cp und der Widerstand Ron eine nichtlineare Spannungsabhängigkeit.As the expert can easily see, the capacitance Cp and the resistance Ron have a non-linear voltage dependence.

Da die Spannung an dem Schaltungsknoten B mit der Spannung des Eingangssignals VIN schwankt, folgt daraus, daß die in Richtung Masse aus der Sicht des Schaltungsknotens B gesehene Impedanz, bestehend aus einer Parallelschaltung der parasitären Kapazität Cp und dem Leitungswiderstand Ron des Transistors M1, sich ebenfalls mit der Eingangsspannung ändert.Since the voltage at the circuit node B varies with the voltage of the input signal VIN, it follows that the impedance towards ground from the point of view of the circuit node B, consisting of a parallel connection of the parasitic capacitance Cp and the line resistance Ron of the transistor M1, also varies with the input voltage.

Dies hat zur Folge, daß die Menge der Ladung, die von dem Transistor M4 in die Kapazität C3 injiziert wird, nicht konstant ist und sich mit dem Eingangssignal VIN ändert, wodurch die System-Linearität abträglich beeinflußt wird und das Ausgangssignal mit einem Klirrfaktor behaftet wird.As a result, the amount of charge injected by transistor M4 into capacitor C3 is not constant and varies with the input signal VIN, thereby detrimentally affecting the system linearity and introducing distortion into the output signal.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, SC-Schaltungen mit geringerem Klirrfaktor als bekannte SC-Schaltungen zu schaffen, ohne dabei signifikant die Schaltungskomplexität und die zum Integrieren als integrierte Schaltung erforderliche Fläche zu erhöhen.It is the aim of the present invention to provide SC circuits with lower distortion than known SC circuits without significantly increasing the circuit complexity and the area required for integration as an integrated circuit.

Die Vorteile einer erfindungsgemäßen, in den Ansprüchen 1 und 5 definierten SC-Schaltung ergeben sich aus der Beschreibung einer Ausführungsform der Schaltung, die beispielhaft und ohne Beschränkung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgestellt wird.The advantages of an SC circuit according to the invention, as defined in claims 1 and 5, will become apparent from the description of an embodiment of the circuit, which is presented by way of example and without limitation in conjunction with the accompanying drawings.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 ein Diagramm einer zum Stand der Technik gehörigen SC- Schaltung;Fig. 1 is a diagram of a prior art SC circuit;

Fig. 2 die Wellenverläufe von vier einander nicht überlappenden Phasentaktsignalen, wie sie üblicherweise bei Schaltungen der in Fig. 1 gezeigten Art verwendet werden;Fig. 2 shows the waveforms of four non-overlapping phase clock signals, as are usually used in circuits of the type shown in Fig. 1;

Fig. 3 eine Einzelheit der Schaltungsskizze nach Fig. 1, wobei die Schaltvorrichtungen als N-Kanal-Feldeffekttransistoren ausgebildet sind;Fig. 3 shows a detail of the circuit diagram according to Fig. 1, wherein the switching devices are designed as N-channel field effect transistors;

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen SC- Schaltung;Fig. 4 shows a first embodiment of an SC circuit according to the invention;

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen SC- Schaltung;Fig. 5 shows a second embodiment of an SC circuit according to the invention;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen SC- Schaltung;Fig. 6 shows a third embodiment of an SC circuit according to the invention;

Fig. 7 eine Einzelheit des Schaltungsdiagramms in Fig. 6, bei der die Schaltvorrichtungen Feldeffekttransistoren sind; undFig. 7 is a detail of the circuit diagram in Fig. 6, in which the switching devices are field effect transistors; and

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Werte der Ersatzwiderstände einiger Schaltungskomponenten, aufgetragen über der Spannung.Fig. 8 is a graphical representation of the values of the equivalent resistances of some circuit components, plotted against the voltage.

Die erfindungsgemäße Schaltung, wie sie in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist, löst das obige Problem und führt zu beträchtlich weniger Klirrverzerrung.The circuit according to the invention, as shown in Figs. 4, 5 and 6, solves the above problem and results in considerably less harsh distortion.

Das Schaltungsdiagramm nach Fig. 7, welches den Eingangskreis für eine Schaltung darstellt, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt im Vergleich zu dem konventionellen Schaltungsdiagramm der Fig. 3 eine Kapazität CY, die zwischen dem Schaltungsknoten B und Masse liegt. Dieser Kondensator CY liegt parallel zu der Impedanz, die aus der Sicht des Schaltungsknotens B in Richtung Masse gesehen wird.The circuit diagram of Fig. 7, which represents the input circuit for a circuit as shown in Fig. 6, has, in comparison to the conventional circuit diagram of Fig. 3, a capacitance CY which lies between the circuit node B and ground. This capacitor CY lies in parallel with the impedance which is seen from the point of view of the circuit node B towards ground.

Durch geeignetes Bemessen der Kapazität CY in der Weise, daß der Kapazitätswert viel höher ist als die parasitäre Kapazität Cp des Knotens B, und ihre Ersatzimpedanz viel niedriger ist als der Leitungswiderstand Ron der Transistoren bei einer Frequenz entsprechend dem Kehrwert der Abklingzeit der Taktsignale, die zum Ansteuern der Schalttransistoren eingesetzt werden, läßt sich die Gesamtimpedanz, wie sie aus der Sicht des Schaltungsknotens B in Richtung Masse gesehen wird, linearisieren.By suitably sizing the capacitance CY such that the capacitance value is much higher than the parasitic capacitance Cp of the node B, and its equivalent impedance is much lower than the line resistance Ron of the transistors at a frequency corresponding to the reciprocal of the decay time of the clock signals used to drive the switching transistors, the total impedance as seen from the point of view of the circuit node B towards ground can be linearized.

Ein typischer Wert für die parasitäre Kapazität an dem Knoten B aufgrund der Source- und Drain-Diffusionszonen der Transistoren M1 und M2 beträgt Cpo = 0,1 pF.A typical value for the parasitic capacitance at node B due to the source and drain diffusion regions of transistors M1 and M2 is Cpo = 0.1 pF.

Diese Kapazität ändert sich nicht-linear mit der an sie angelegten Spannung entsprechend der empirischen FormelThis capacitance changes non-linearly with the voltage applied to it according to the empirical formula

Cp = Cpo/((1+V/0,8)^0,38).Cp = Cpo/((1+V/0.8)^0.38).

Der Ersatzwiderstand, der zu der Kapazität gehört, entspricht der FormelThe equivalent resistance associated with the capacity corresponds to the formula

Reqp = 1/((2PI/tf)·Cp)Reqp = 1/((2PI/tf)·Cp)

wobei tf die Abklingzeit der Taktsignale ist, die zum Ansteuern der Schalttransistoren verwendet werden, wobei diese Zeit zum Beispiel 3 ns beträgt.where tf is the decay time of the clock signals used to drive the switching transistors, which time is, for example, 3 ns.

Der Verlauf des Widerstands Reqp in Abhängigkeit der Spannung ist durch den Graphen in Fig. 8 dargestellt.The resistance Reqp as a function of voltage is shown by the graph in Fig. 8.

In diesem Graphen sind auch die Muster des Leitungswiderstands Ron der verwendeten MOS-Transistoren und der Verlauf des Ersatzwiderstands der hinzugefügten Kapazität CY am Knoten B dargestellt.This graph also shows the pattern of the line resistance Ron of the MOS transistors used and the course of the equivalent resistance of the added capacitance CY at node B.

Man kann sehen, daß für einen Kapazitätswert CY von 0,4 pF der Ersatzwiderstand viel kleiner ist als die übrigen beiden Widerstände, was aber wichtiger ist, linear abhängig von der Spannung.It can be seen that for a capacitance value CY of 0.4 pF the equivalent resistance is much smaller than the other two resistances, but, what is more important, linearly dependent on the voltage.

Der Ersatzwiderstand der Kapazität CY ist durch folgende Formel gegeben:The equivalent resistance of the capacitance CY is given by the following formula:

Reql = 1/((2PI/tf)·CY)Reql = 1/((2PI/tf)·CY)

was ersichtlich unabhängig von der Spannung ist.which is obviously independent of the voltage.

Der gesamte Ersatzwiderstand am Knoten B ist gegeben durch eine Parallelschaltung der drei Widerstände, die in dem Graphen der Fig. 8 aufgezeichnet sind.The total equivalent resistance at node B is given by a parallel connection of the three resistors plotted in the graph of Fig. 8.

Der obige Widerstand kommt sowohl wertemäßig als auch in dem Verlauf in Abhängigkeit der Spannung dem kleinsten der drei Widerstandswerte nahe, nämlich dem Ersatzwiderstand des Kondensators CY.The above resistance is close to the smallest of the three resistance values, both in terms of value and in its dependence on voltage, namely the equivalent resistance of the capacitor CY.

Wie oben in Verbindung mit dem konventionellen Eingangskreis gemäß Fig. 3 erläutert wurde, wird der Ersatzwiderstand, den der Knoten B in Richtung Masse sieht, in Bezug auf die Verzerrung nur beeinflußt durch den Transistor M4, wenn dieser von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand übergeht.As explained above in connection with the conventional input circuit according to Fig. 3, the equivalent resistance that node B sees towards ground is only affected in terms of distortion by transistor M4 when it changes from the conducting state to the blocking state.

Die Ladungen, die sich in dem Transistorkanal angesammelt haben, werden tatsächlich teilweise in den Kondensator C2 injiziert, und zwar in einem proportionalen Verhältnis zu der Impedanz, die am anderen Ende des Kondensators vorhanden ist.The charges accumulated in the transistor channel are actually partially injected into the capacitor C2 in a proportional relationship to the impedance present at the other end of the capacitor.

Wenn das andere Ende des Kondensators, welches mit dem Schaltungsknoten B verbunden ist, in Richtung Masse einen Widerstand sieht, der nicht zu der Spannung an dem Knoten in Beziehung steht, so ist die Menge der injizierten Ladung stets eine konstante Größe, die nicht in Beziehung steht zu der Eingangssignalspannung.If the other end of the capacitor, which is connected to the circuit node B, sees a resistance towards ground that is not related to the voltage at the node, then the amount of charge injected is always a constant quantity that is not related to the input signal voltage.

Diese konstante Ladungsinjektion bewirkt einen Spannungsversatz im Ausgangssignal, hat jedoch keinen Einfluß auf die Klirr-Verzerrung des Systems.This constant charge injection causes a voltage offset in the output signal, but has no influence on the distortion of the system.

Ähnliche Erwägungen gelten auch für die anderen beiden Beispiele einer SC-Schaltung als Ausführungsform der Erfindung gemäß den Fig. 4 und 5.Similar considerations also apply to the other two examples of an SC circuit embodying the invention according to Figs. 4 and 5.

Die erfindungsgemäße Schaltung löst also das eingangs geschilderte technische Problem und erreicht eine Reihe von Vorteilen, von denen der hervorstechendste darin liegt, daß die Effekte der parasitären Kapazitäten in Verbindung mit dem Kanal der als elektronische Schalter in Schaltungen dieser Art eingesetzten MOS-Transistoren signifikant reduziert werden können und SC-Schaltungen mit extrem geringer Verzerrung von typischerweise weniger als -80 dB erhalten werden.The circuit according to the invention therefore solves the technical problem described at the beginning and achieves a number of advantages, the most striking of which is that the effects of the parasitic capacitances in connection with the channel of the MOS transistors used as electronic switches in circuits of this type can be significantly reduced and SC circuits with extremely low distortion of typically less than -80 dB are obtained.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Schaltungskomplexität ebenso wie die zum Integrieren der Schaltung benötigte Fläche praktisch unverändert bleiben.A further advantage is that the circuit complexity as well as the area required to integrate the circuit remain virtually unchanged.

Es sollte gesehen werden, daß zahlreiche Abwandlungen, Anpassungen, Einbeziehungen, Änderungen und Ersetzungen der Elemente durch deren funktionelle Äquivalente bei den oben als Beispiel und ohne Beschränkung beschriebenen Ausführungsformen ohne Abweichung vom Schutzumfang gemäß beigefügten Ansprüchen möglich sind.It should be appreciated that numerous modifications, adaptations, inclusions, changes and substitutions of elements with their functional equivalents are possible in the embodiments described above by way of example and without limitation without departing from the scope of the appended claims.

Claims

1. Geschaltete Kapazitätschaltung (1) mit mindestens einem Operationsverstärker (OA), der zumindest einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß und mindestens einen ersten Ausgangsanschluß aufweist, von denen der erste Eingangsanschluß an ein erstes Referenzpotential angeschlossen ist, wobei der Operationsverstärker (OA) mit mindestens einem Gegenkopplungsnetzwerk ausgestattet ist, welches ein erstes kapazitives Element (C2) enthält, das mit einem ersten Anschluß über eine erste Schaltvorrichtung (5W1) abwechselnd an den zweiten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (OA) und das erste Referenzpotential angeschlossen wird, und das mit einem zweiten Anschluß an einen ersten Schaltungsknoten (A) angeschlossen ist, der über eine zweite Schaltvorrichtung (5W2) abwechselnd an einen Signaleingangsanschluß (VIN) und den ersten Eingangsanschluß (VOUT) des Operationsverstärkers (OA) angeschlossen wird, wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mindestens ein zweites kapazitives Element (CX) aufweist, welches zwischen dem ersten Schaltungsknoten (A) und einem zweiten Referenzpotential liegt.1. Switched capacitance circuit (1) with at least one operational amplifier (OA) which has at least a first and a second input terminal and at least a first output terminal, of which the first input terminal is connected to a first reference potential, the operational amplifier (OA) being equipped with at least one negative feedback network which contains a first capacitive element (C2) which is connected with a first terminal via a first switching device (5W1) alternately to the second input terminal of the operational amplifier (OA) and the first reference potential, and which is connected with a second terminal to a first circuit node (A) which is connected via a second switching device (5W2) alternately to a signal input terminal (VIN) and the first input terminal (VOUT) of the operational amplifier (OA), the circuit being characterized in that it has at least one second capacitive element (CX) which is connected between the first circuit node (A) and a second reference potential.

2. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Referenzpotential das gleiche ist wie das erste Referenzpotential.2. Switched capacitance circuit according to claim 1, characterized in that the second reference potential is the same as the first reference potential.

3. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, monolithisch integriert auf einem Halbleitermaterial-Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten kapazitiven Elements (CX) größer ist als die Eigenkapazität der integrierten Struktur bei Sicht von dem ersten Schaltungsknoten (A) in Richtung des ersten Referenzpotentials.3. Switched capacitance circuit according to claim 1 or 2, monolithically integrated on a semiconductor material substrate, characterized in that the capacitance of the second capacitive element (CX) is greater than the self-capacitance of the integrated structure when viewed from the first circuit node (A) in the direction of the first reference potential.

4. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des zweiten kapazitiven Elements (CX) geringer ist als der Leitungswiderstand (RON) der zweiten Schaltvorrichtung (SW2).4. Switched capacitance circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the equivalent resistance of the second capacitive element (CX) is lower than the line resistance (RON) of the second switching device (SW2).

5. Geschaltete Kapazitätsschaltung (1), umfassend mindestens einen Operationsverstärker (OA) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß und mindestens einem Ausgangsanschluß, von denen der erste Eingangsanschluß an ein erstes Referenzpotential angeschlossen ist, und die Schaltung ein erstes kapazitives Element (C3) enthält, das mit einem ersten Anschluß über eine erste Schaltvorrichtung (SW4) abwechselnd an den zweiten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (OA) und das erste Referenzpotential angeschlossen wird, und dessen zweiter Anschluß mit einem ersten Schaltungsknoten (B) verbunden ist, der über eine zweite Schaltvorrichtung (SW3) abwechselnd an einen Signaleingangsanschluß (VIN) und an ein zweites Referenzpotential angeschlossen wird, wobei die Schaltung (1) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein zweites kapazitives Element (CY) aufweist, welches zwischen dem ersten Schaltungsknoten (B) und einem dritten Referenzpotential liegt.5. Switched capacitance circuit (1) comprising at least one operational amplifier (OA) with at least one first and one second input terminal and at least one output terminal, of which the first input terminal is connected to a first reference potential, and the circuit contains a first capacitive element (C3) which is connected with a first terminal via a first switching device (SW4) alternately to the second input terminal of the operational amplifier (OA) and the first reference potential, and whose second terminal is connected to a first circuit node (B) which is connected via a second switching device (SW3) alternately to a signal input terminal (VIN) and to a second reference potential, the circuit (1) being characterized in that it has a second capacitive element (CY) which lies between the first circuit node (B) and a third reference potential.

6. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach Anspruch 5, monolithisch integriert auf einem Halbleitermaterial-Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten kapazitiven Elements (CY) größer ist als die Eigenkapazität der integrierten Struktur bei Betrachtung von dem ersten Schaltungsknoten (B) in Richtung des ersten Referenzpotentials.6. Switched capacitance circuit according to claim 5, monolithically integrated on a semiconductor material substrate, characterized in that the capacitance of the second capacitive element (CY) is greater than the self-capacitance of the integrated structure when viewed from the first circuit node (B) in the direction of the first reference potential.

7. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatzwiderstand des zweiten kapazitiven Elements (CY) niedriger ist als der Leitungswiderstand (Ron) der zweiten Schaltvorrichtung (SW2).7. Switched capacitance circuit according to one of claims 5 and 6, characterized in that the equivalent resistance of the second capacitive element (CY) is lower than the line resistance (Ron) of the second switching device (SW2).

8. Geschaltete Kapazitätsschaltung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (OA) mit mindestens einem Gegenkopplungsnetzwerk ausgestattet ist, umfassend ein drittes kapazitives Element (C2), das mit einem ersten Anschluß über eine dritte Schaltvorrichtung (SW1) abwechselnd an den zweiten Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (OA) und an das erste Referenzpotential angeschlossen wird, und mit einem zweiten Anschluß an einen zweiten Schaltungsknoten (A) angeschlossen ist, der über eine vierte Schaltvorrichtung (SW2) abwechselnd an ein zweites Referenzpotential und an den Ausgangsanschluß (VOUT) des Operationsverstärkers (OA) angeschlossen wird, und mit einem vierten kapazitiven Element (CX), welches zwischen dem zweiten Schaltungsknoten (A) und einem vierten Referenzpotential liegt.8. Switched capacitance circuit (1) according to claim 5, characterized in that the operational amplifier (OA) is equipped with at least one negative feedback network comprising a third capacitive element (C2) which is connected with a first connection via a third switching device (SW1) alternately to the second input connection of the operational amplifier (OA) and to the first reference potential, and with a second connection to a second circuit node (A) which is connected via a fourth switching device (SW2) alternately to a second reference potential and to the output connection (VOUT) of the operational amplifier (OA), and with a fourth capacitive element (CX) which is located between the second circuit node (A) and a fourth reference potential.

9. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Referenzpotential das gleiche ist wie das erste Referenzpotential.9. Switched capacitance circuit according to one of claims 5, 6, 7 and 8, characterized in that the second reference potential is the same as the first reference potential.

10. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Referenzpotential zumindest das gleiche ist wie das erste und/ oder das zweite Referenzpotential.10. Switched capacitance circuit according to one of claims 5, 6, 7 and 8, characterized in that the third reference potential is at least the same as the first and/or the second reference potential.

11. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Referenzpotential mindestens das gleiche ist wie das erste und/oder das zweite Referenzpotential.11. Switched capacitance circuit according to claim 8, characterized in that the fourth reference potential is at least the same as the first and/or the second reference potential.

12. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 8, 9, 10 und 11, monolithisch integriert auf einem Halbleitermaterial-Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten des zweiten und des vierten kapazitiven Elements (CY, CX) größer sind als die Eigenkapazitäten der integrierten Struktur bei Sicht von dem ersten und dem zweiten Schaltungsknoten (B und A) in Richtung des dritten bzw. des vierten Referenzpotentials.12. Switched capacitance circuit according to one of claims 8, 9, 10 and 11, monolithically integrated on a semiconductor material substrate, characterized in that the capacitances of the second and fourth capacitive elements (CY, CX) are greater than the self-capacitances of the integrated structure when viewed from the first and the second circuit node (B and A) in the direction of the third and fourth reference potentials, respectively.

13. Geschaltete Kapazitätsschaltung nach einem der Ansprüche 8, 9, 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersatzwiderstände des zweiten und des vierten kapazitiven Elements (CY, CX) niedriger sind als die Leitungswiderstände (Ron) der zweiten (5W3) und der vierten (SW2) Schaltvorrichtung.13. Switched capacitance circuit according to one of claims 8, 9, 10, 11 and 12, characterized in that the equivalent resistances of the second and fourth capacitive elements (CY, CX) are lower than the line resistances (Ron) of the second (SW3) and fourth (SW2) switching devices.

14. Geschaltetes Kapazitätsfilter, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine geschaltete Kapazitätsschaltung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.14. Switched capacitance filter, characterized in that it has at least one switched capacitance circuit according to one of the preceding claims.